ОЦЕНКА ЭЛЕМЕНТНОГО СТАТУСА КАРПА, ВЫРАЩИВАЕМОГО НА РАДНОНЕ С ВКЛЮЧЕНИЕМ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

АКВАКУЛЬТУРА

УДК 59:615.9 DOI 10.24412/2311-6447-2022-1-83-88

Оценка элементного статуса карпа, выращиваемого на рационе с включением пробиотических препаратов

Assessment of the elemental status of carp grown on a diet with the inclusion of probiotic preparations

Зав. кафедрой Е.П. Мирошникова, доцент А.Е. Аринжанов, доцент Ю.В. Килякова, магистрант М.С. Зуева

(Оренбургский государственный университет) кафедра биотехнологии животного сырья и аквакультуры, тел. 8-922-806-33-43 E-mail: arin.azamatfflimail.ru

Head of the department E.P. Miroshnikova, Associate Professor A.E. Arinzhanov, Associate Professor Y.V. Kilyakova, Master M.S. Zueva

(Orenburg State University) chair of Biotechnology of Foodstuffs From Animals And Aquaculture, tel. 8-922-806-33-43 E-mail: arin.azamatfajmail.ru

Реферат. Пробиотические препараты в аквакультуре играют важную роль, влияя на показатели роста рыб, устойчивости к болезням, иммунитета, состояния здоровья, микробиома кишечника и качества воды. Пробиотики продуцируют сидерофоры, бактериоцины, лизодимы и протеазы и подавляют рост вредных патогенов. Цель исследования - изучить влияние пробиотических препаратов «Атыш» (Enterococcus faecium и Lactobacillus acidophilus) и «Субтилис-Ж» (Bacillus subtilis и Bacillus li-cheniformis) на элементный статус организма рыб. Исследования выполнены на сеголетках карпа массой 31 г, выращенных в условиях ООО «Ирикла-рыба». Пробиотические препараты наносились путем опрыскивания тонкого слоя корма. Анализ содержания химических элементов в мышечной ткани рыб проводился в лаборатории ООО «Микронутриенты» (г. Москва). Установлено, что введение в рацион рыб пробиотических препаратов приводит к снижению пула эссенциальных и условно-эссенциальных микроэлементов в мышечной ткани рыб: Со, Cr, Си, Fe, I, Li, Ni, Zn. Выявлена способность пробиоти-ков снижать уровень токсичных элементов: алюминия, кадмия, свинца и олова. Установленный эффект воздействия пробиотических препаратов на элементный статус рыб в дальнейшем может быть использован с целью нивелирования микронутриентов.

Summary. Probiotic preparations in aquaculture play an important role influencing the performance of fish growth, disease resistance, immunity, health status, gut microbiome and water quality. Probiotics produce siderophores, bacteriocins, lysozymes, and proteases, and inhibit the growth of harmful pathogens. The purpose of the study was to study the effect of probiotic preparations "Atysh" (Enterococcus faecium and Lactobacillus acidophilus) and "Subtilis-Zh" (Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis) on the elemental status of the fish organism. The studies were carried out on the basis of the Department of Biotechnology of Foodstuffs From Animals and Aquaculture of the Orenburg State University. The studies were carried out on carp under yearlings weighing 31 g, grown in the conditions of Irikla-ryba LLC. Probiotic preparations were applied by spraying a thin layer of feed. Analysis of the content of chemical elements in the muscle tissue of fish was carried out in the laboratory of Micronutrients LLC (Moscow). It has been established that the introduction of probiotic preparations into the diet of fish leads to a decrease in the pool of essential and conditionally essential trace elements in the muscle tissue of fish: Co, Cr, Cu, Fe, I, Li, Ni, Zn. The ability of probiotics to reduce the level of toxic elements: aluminum, cadmium, lead and tin was revealed. The effect of probiotic preparations on the elemental status of fish, which we have established, can later be used to level micronutrients.

Ключевые слова: карп, кормление, пробиотики, микроэлементы.

Keywords: carp, feeding, probiotics, trace elements.

Исследования показывают, что включение в рацион рыб пробиотических препаратов в адекватных количествах благотворно влияет на их рост и развитие [1]. Пробиотики регулируют микробном пищеварительного тракта, способствуя усвоению питательных веществ, уменьшая кормовые затраты, и повышая эффективность кормления. Пробиотики помогают восстановить функции организма после стресса: перепад температуры, бонитировка, транспортировка, высокие плотности посадки и т.п. [2].

© Е.П. Мирошникова, А.Е. Аринжанов, Ю.В. Килякова, М.С. Зуева, 2022

Пробиотические препараты повышают устойчивость рыб к патогенным микроорганизмам как in vitro, так и in vivo, снижают частоту и продолжительность заболеваний [3] и все чаще рассматриваются как альтернатива лечению антибиотиками [4, 5]. На сегодняшний день исследование обмена химических элементов в организме животных, а также их коррекция являются перспективным направлением современной науки. Если для сельскохозяйственных животных и птицы уже установлены механизмы действия пробиотических препаратов на элементный статус, то в области аквакультуры такие работы единичны [6, 7].

Цель исследования - изучить влияние пробиотических препаратов «Атыш» и «Субтилис-Ж» на элементный статус организма рыб.

Исследования проводили на сеголетках карпа массой 31 г, выращенных в условиях ООО «Ирикла-рыба».

Методом пар-аналогов было сформировано IV группы (п=30): контрольная, получавшая основной рацион (ОР), и III опытные группы: I опытная - ОР с добавлением пробиотика «Атыш» (дозировка 0,08 г/кг корма), II опытная - ОР с добавлением пробиотика «Субтилис-Ж» (0,04 мл/кг корма), III опытная - ОР с совместным добавлением «Атыш» (0,08 г/кг корма) и «Субтилис-Ж» (0,04 мл/кг корма). Длительность основного учетного периода - 35 дней.

Пробиотические препараты наносились путем опрыскивания тонкого слоя корма. Суточную норму кормления определяли в соответствии с общепринятой технологией выращивания, учитывая массу рыб и температуры воды [8]. В состав пробиотика «Атыш» входят бактерии рода Enterococcus faecium (1 х 109 КОЕ) и Lactoba-cillus acidophilus (1 х 107 КОЕ). В состав пробиотика «Субтилис-Ж» входят бактерии рода Bacillus subtilis (2 х 109 КОЕ) и Bacillus licheniforrnis (2 х 109 КОЕ).

Анализ содержания химических элементов в мышечной ткани рыб проводился в лаборатории ООО «Микронутриенты» (г. Москва) методом атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии на оборудовании Elan 9000 (Perkin Elmer, США) и Optima 2000 V (Perkin Elmer, США).

Статистический анализ проводили путём сравнения опытных групп с контрольной группой, используя SPSS 19.0 программного обеспечения («IBM Corporation», США) и пакет программ «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США). Значение с Р < 0,05 считалось статистически значимым.

Введение в рацион пробиотиков сопровождалось изменениями рыбоводно-биологических показателей выращивания сеголетков карпа. Лучшие результаты по динамике роста были получены во II («Субтилис-Ж») и III («Атыш» + «Субтилис-Ж») опытных группах.Так, к концу эксперимента зафиксировано достоверное повышение массы рыб на 32,3 % (Р<0,05) и 22,8 % (Р<0,05) соответственно относительно контроля (рисунок). Относительный прирост массы в контрольной группе составил

61.3 %, в I группе - 72 %, в III - 114 %и в IV - 98 %. Сохранность рыб во всех группах составила 100 %.

Обязательным условием нормального функционирования организма является стабильность химического состава тела. Поступая в организм, микроэлементы образуют органические соединения с различными белками, ферментами, гормонами, трансформируясь в биоэлемент, который и осуществляет все свои функции в живой системе. Поддерживание их концентрации в тканях на физиологическом уровне необходимо для гомеостаза организма. Анализ содержания макроэлементов не выявил достоверных различий между группами за исключением содержания кальция и фосфора. В I опытной группе установлено достоверное повышение уровня Са на

43.4 % (Р < 0,05) и Р на 50 % (Р < 0,05) по сравнению с контролем, а в III группе только Р на 57,3 % (Р < 0,05) (таблица). Аналогичные данные влияния пробиотиков на уровень кальция в организме приводятся в работе Tian F. с соавторами (2012) [7]. Кальций, в первую очередь, важен для построения структурных частей организма и участвует в образовании костей и чешуи рыб, а также активизирует работу ферментов.

■контроль

■I группа

•!! группа

■III группа

Начало опыта

Рисунок. Динамика разницы в живой массе между опытными и контрольной группой

Анализ содержания эссенциальных и условно-эссенциальных микроэлементов в организме рыб выявил общий рисунок влияния пробиотических препаратов, а именно снижение уровня Со, Cr, Си, Fe, I, Li, Ni, Zn в мышечной ткани рыб относительно контроля. Так, в I опытной группе отмечено достоверное снижение уровня Со на 83,3 % (Р<0,01), Li - на 80 % (Р<0,05), Ni - на 72,4 % (Р<0,01), Fe - на 58,2 % (Р<0,01), Си - на 56,5 % (Р<0,01), Zn - на 45,2 % (Р<0,05), I - на 41,0 % (Р<0,05) и Сг - на 31,5 % (Р<0,05).

Наиболее высокое снижение содержания элементов зафиксировано во II опытной группе: Li - на 92,3 % (Р<0,05), Со - на 86,7 % (Р<0,01), Ni - на 81,1 % (Р<0,01), Fe - на 59,3 % (Р<0,01), Zn - на 51,7 % (Р<0,05), I - на 40 % (Р<0,05), Se- на 36,4 % (Р<0,05), Мп - на 34,2 % (Р<0,05), Сг - на 31,3 % (Р<0,05) и Си - на 30,98 % (Р<0,05).

В III опытной группе отмечено снижение уровня Со на 70 % (Р<0,05), Li -на 69 % (Р<0,05), Zn - на 52,7 % (Р<0,01), Си - на 45,1 % (Р<0,05), Ni - на 43,2 % (Р<0,05) и Fe - на 32,9 % (Р<0,05) относительно контроля.

Таким образом, введение исследуемых пробиотических препаратов приводит к снижению пула большинства эссенциальных и условно-эссенциальных микроэлементов. Ранее уже выявлено, что пробиотики обладают способностью к инкорпорации и последующему выведению отдельных элементов из организма животных. Одной из вероятных причин снижения микроэлементов в организме животных является способность пробиотиков продуцировать железосвязывающие агенты - сидеро-форы [9]. Было опубликовано несколько отчетов о способности различных штаммов пробиотиков продуцировать сидерофоры [10]. Установлено, что сидерофоры, продуцируемые Pseudomonas aeruginosa, способны к хелатированию 16 различных элементов [11]. Сидерофоры эффективно связывают никель, медь, кобальт, цинк, марганец [12]. Хелатирование микроэлементов сидерофорами особенно важный процесс, протекающий при колонизации минеральных поверхностей, в результате чего формируется микросреда, в которой микроорганизмам легче получать необходимые элементы [13, 14, 15]. Особого внимания заслуживает установленная способность исследуемых пробиотиков снижать уровень ряда токсических элементов в организме рыб. Так, в I опытной группе установлено достоверное снижение концентрации алюминия на 83,8 % (Р< 0,01), кадмия - на 90 % (Р< 0,05), свинца - на 83,3 % (Р<0,01), олова- на 83,3 % (Р< 0,01), относительно контроля. Во II группе выявлено снижение уровня кадмия - на 80 % (Р<0,05), свинца и олова - на 66,7 % (Р<0,05), алюминия - на 32,9 % (Р< 0,05). В III группе установлено достоверное снижение кадмия - на 80 % (Р< 0,05), олова - на 74 % (Р< 0,01), свинца - на 66,7 % (Р< 0,05) и алюминия - на 62 % (Р< 0,01).

Таблица 1

Пул химических элементов в мышечной ткани рыб на момент завершения эксперимента, мкг/г

Показатель Группа

Контроль I II III

Макроэлементы, мкг/кг

Р 2531±119 2868±134 2420±113 3981±186*

К 3342±157 3657±171 3142±147 3166±149

Са 560±28,29 803±35,38* 507±23,57 839±48,56*

Na 614±28 593±27 510±24 553±25

Mg 304±14 323±15 275±12 315±14

Эссенциальные и условно-эссенциалъные элементы, мкг/г

Si 51,б8±2,45 40,67±1,89 48,87±2,31 57,23±2,71

Fe 37,26±1,78 15,57±0,74** 15,15±0,71** 24,99±1,18*

Zn 33,89± 1,602 18,59±0,896* 16,37±0,768* 16,03±0,73**

Си 1,84±0,087 0,8±0,045** 1,27±0,059* 1,01±0,05*

В 1,21±0,06 1,15±0,047 1±0,05 1,36±0,06

Сг 1,46±0,066 1±0,082* 1,003±0,47* 1,69±0,087

I 0,95±0,07 0,56±0,03* 0,57±0,03* 0,78±0,04

Мп 0,76±0,045 0,8±0,05 0,5±0,02б* 1,18±0,034*

Ni 0,37±0,023 0,102±0,007** 0,07±0,0047** 0,21±0,0141*

Se 0,22±0,0141 0,19±0,0141 0,14±0,012* 0,19±0,0141

V 0,05±0,0052 0,04±0,0026 0,04±0,0026 0,07±0,005

Со 0,03±0,002 0,005±0,0005** 0,004±0,0004** 0,009±0,0009*

Li 0,01±0,0009 0,002±0,0002* 0,00077±0,00005* 0,0031±0,0003*

Токсические элементы, мкг/г

А1 41,41±1,95 6,69±0,31** 27,77±1,30* 15,75±0,73**

Sr 1,25±0,057 2,33±0,104* 1,37±0,061 2,16±0,429**

РЬ 0,06±0,004 0,01±0,0009** 0,02±0,0017* 0,02±0,0012*

As 0,03±0,0023 0,02±0,001 0,02±0,0014 0,02±0,0015

Cd 0,01±0,001 0,001±0,00009* 0,002±0,0002* 0,002±0,0001*

Hg 0,02±0,002 0,03±0,002 0,01+0,0007 0,01±0,0009

Sn 0,03±0,0023 0,005±0,0004** 0,01±0,009* 0,0078±0,0008*

* Р<0,05; ** Р<0,01

Полученные данные о действии иробиотиков на токсические элементы находят подтверждение в раде работ [16, 17]. Снижение уровня токсических элементов, в первую очередь, связано с повышением активности антпоксидантных ферментов [18], участвующих в выведении токсических элементов из организма животных [7, 19]. В частности, установлено, что бактерии рода Bacillus subtilis обладают более высоким антиоксидантным действием к РЬ по сравнению с Lactobacillus plantarum [21].

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что включение в рацион рыб иробиотических препаратов «Атыш» (Enterococcus faecium и Lactobacillus acidophilus) и «Субтилис-Ж» (Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis) сопряжено с селективными изменениями обмена химических элементов в организме рыб и пробиотики могут быть использованы с целью нивелирования микронутриентов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-26-00281).

ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)

1. Growth and liver histology of Channa punctatus exposed to a common bioferti-lizer / S. Nath, V. Matozzo, D. Bhandari, C. Faggio // Nat Prod Res, 2019. № 33. Pp. 1591-1598. doi: 10.1080/14786419.2018.1428586

2. The functionality of probiotics in aquaculture: An overview / M.T. El-Saadony, M. Alagawany, A.K. Patra, I. Kar, R. Tiwari, M.A.O. Dawood, K. Dhama, H.M.R. Abdel-Latif // Fish Shellfish Immunol, 2021. №117. Pp. 36-52. doi: 10.1016/j.fsi.2021.07.007.

3. The role of probiotics in aquaculture / J.L. Balcázar, I. de Blas, I. Ruiz-Zarzuela, D. Cunningham, D.Vendrell, J.L. Múzquiz // Vet Microbiol, 2006. №31; V.114(3-4) Pp. 173-186. doi: 10.1016/j.vetmic.2006.01.009.

4. Probiotics in fish and shellfish culture: immunomodulatory and ecophysiological responses / В. С De, D.K. Meena, B.K. Behera, P. Das, P.K. Das Mohapatra, A.P. Shar-ma // Fish Physiol Biochem, 2014. №40(3). Pp. 921-971. doi: 10.1007/sl0695-013-9897-0.

5. Probiotics, lactic acid bacteria and bacilli: interesting supplementation for aquaculture / E. Ringo, H. Van Doan, S.H. Lee, M. Soltani, S.H. Hoseinifar, R. Harikrishnan, S.K. Song // Journal of Applied Microbiology, 2020. №129(1). Pp. 116-136. doi: 10.1111 /jam. 14628.

6. Effect of selenium-rich Bacillus subtilis against mercury-induced intestinal damage repair and oxidative stress in common carp / X. Shang, P. Yu, Y. Yin, Y. Zhang, Y. Lu, Q. Mao, Y. Li // Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 2021. V.239. 108851. doi: 10.1016/j.cbpc.2020.108851.

7. Lactobacillus plantarum CCFM8661 alleviates lead toxicity in mice / F. Tian, Q. Zhai, J. Zhao, X. Liu, G. Wang, H. Zhang, H. Zhang, W. Chen // Biol Trace Elem Res,

2012. №150. Pp. 264-271.

8. Пономарев С.В. Индустриальное рыбоводство: учебник / С. В. Пономарев, Ю. Н. Грозеску, А. А. Бахарева. - 2-е изд., испр. и доп. - Санкт-Петербург: Лань,

2013.-448 с.

9. Possible Mechanisms of Action of Two Pseudomonas fluorescens Isolates as Probiotics on Saprolegniosis Control in Rainbow Trout (Oncorhynchus my kiss Walbaum) / C. González-Palacios, J.M. Fregeneda-Grandes, J.M. Aller-Gancedo // Animals (Basel), 2020. №26. V. 10(9). 1507. doi: 10.3390/anil0091507.

10. Banerjee G. The advancement of probiotics research and its application in fish farming industries / G. Banerjee, A.K. Ray // Res Vet Sci. 2017. №115. Pp. 66-77. doi: 10.1016/j.rvsc.2017.01.016.

11. Enhanced phytoextraction of an agricultural Cr- and Pbcontaminated soil by bioaugmentation with siderophore-producing bacteria / A. Braud, K. Jézéquel, S. Bazot, T. Lebeau // Chemosphere, 2009. V. 74. Pp.280-286. doi: 10.1016/ j.chemosphere.2008.09.013

12. New roles for bacterial siderophores in metal transport and tolerance / I.J. Schalk, M. Hannauer, A. Braud // Environ. Microbiol., 2011. V. 13. Pp.2844-2854. doi: 10.1111 /j. 1462-2920.2011,02556.x

13. Ahmed E. Siderophores in environmental research: roles and applications / E. Ahmed and J.M. Holmstrom // Microb. Biotech., 2014. V. 7. №3. Pp.196-208. doi: 10.1111/1751-7915.12117

14. Probiotics as means of diseases control in aquaculture, a review of current knowledge and future perspectives / S.H. Hoseinifar, Y.Z. Sun, A. Wang, Z. Zhou // Front. Microbiol., 2018. №9. Pp.2429, doi: 10.3389/fmicb.2018.02429.

15. Adhesion to brown trout skin mucus, antagonism against cyst adhesion and pathogenicity to rainbow trout of some inhibitory bacteria against Saprolegnia parasitica / Carbajai-González M., Fregeneda-Grandes J.M., González-Palacios С., Aller-Gancedo J. // Dis. Aquat. Org., 2013. №104. Pp.35-44. doi: 10.3354/dao02582.

16. Dietary Lactobacillus plantarum supplementation decreases tissue lead accumulation and alleviates lead toxicity in Nile tilapia (Oreochromis niloticus) / Zhai Q, Wang H, Tian F, Zhao J, Zhang H, Chen W // Aquae Res, 2017. №48. Pp.5094-5103. https: / /doi.org/10.1111 /are. 13326

17. Study of Bioaccumulation, Hematological Parameters, and Antioxidant Responses of Carassius auratus gibelio Exposed to Dietary Lead and Bacillus subtilis / Yin Y, Yue X, Zhang D, Zhang P, Abdallah A, Yin Y, Cai Y, Li Y. // Biol Trace Elem Res., 2019. №189(1). Pp.233-240. doi: 10.1007/sl2011-018-1447-2.

18. Growth performance, immune response, and disease resistance against Vibrio splendidus, infection in juvenile sea cucumber Apostichopus japonicus, fed a supplementary diet of the potential probiotic Paracoccus marcusii DB11. / Y an FJ, Tian XL, Dong SL, Fang ZH, Yang G // Aquaculture, 2014. V.420. Pp. 105-111 doi: 10.1016/ J.AQUACULTURE.2013.10.045

19. Protective effects of Lactobacillus plantarum CCFM8610 against chronic cadmium toxicity in mice indicate routes of protection besides intestinal sequestration / Zhai Q, Wang G, Zhao J, Liu X, Narbad A, Chen YQ // Appl Environ Microbiol, 2014. V.80(13). Pp. 4063-4071. doi: 10.1128/AEM.00762-14

20. Screening of lactic acid bacteria with potential protective effects against cadmium toxicity / Zhai Q, Yin R, Yu L, Wang G, Tian F, Yu R, Zhao J, Liu X, Chen YQ, Zhang H // Food Control, 2015. №54. Pp. 23-30. doi: 10.1016/j.foodcont.2015.01.037

21. Comparative evaluation of dietary probiotics Bacillus subtilis WB60 and Lactobacillus plantarum KCTC3928 on the growth performance, immunological parameters, gut morphology and disease resistance in Japanese eel, Anguilla japónica / Lee S, Katya K, Park Y, Won S, Seong M, Hamidoghli A // Fish Shellfish Immunol, 2016. №61. Pp.201-210. doi:10.1016/j.fsi.2016.12.035